CN111516826B - 一种基于位置偏差的浮托安装进船控制方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于位置偏差的浮托安装进船控制方法，涉及海洋工程领域领域，解决了驳船进船时在导管架围槽内左右晃动会发生碰撞的问题，其技术方案要点是包括有以下步骤：位于驳船正前方的第一拖船控制驳船的进船速度；位置测量系统测量第一位置参考点偏离中心线的第一横荡误差；绞车控制系统对第一横荡误差进行判断，并控制第一绞车和第二绞车转速调节以控制第一位置参考点恢复至中心线上；位置测量系统测量第二位置参考点偏离中心线的第二横荡误差，第二拖船和第三拖船根据第二横荡误差控制第二位置参考点恢复至中心线上，本发明的一种基于位置偏差的浮托安装进船控制方法，能够保证驳船安全的进船，避免进船时驳船和导管架的碰撞。

Description

一种基于位置偏差的浮托安装进船控制方法及其系统

技术领域

本发明涉及海洋工程领域，特别涉及一种基于位置偏差的浮托安装进船控制方法及其系统。

背景技术

在海上油气开发工程中，需要在海上建造各种生产采油平台。平台一般都是在陆地上制造，然后装船固定，通过驳船运输到海上进行总的安装调试，随着海洋工程技术的迅速发展，海洋平台朝着大型化、综合化的方向发展，平台的重量也不断增加，为了解决这些问题，浮拖法产生并得到了广泛应用。但采用这种方法进行安装时，驳船受到风浪流的影响会在导管架围槽内左右晃动，为了避免驳船与导管架的碰撞，需要一种安全的进船方法，保证浮托的顺利安装。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于位置偏差的浮托安装进船控制方法及其系统，能够保证驳船安全的进船，避免进船时驳船和导管架的碰撞。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于位置偏差的浮托安装进船控制方法，包括有以下步骤：

位于驳船正前方的第一拖船牵引驳船以控制驳船的进船速度；

位置测量系统测量第一位置参考点偏离中心线的第一横荡误差，并反馈至绞车控制系统；

绞车控制系统对第一横荡误差进行判断，并控制位于驳船船头的第一绞车和第二绞车转速调节以控制第一位置参考点恢复至中心线上；

位置测量系统测量第二位置参考点偏离中心线的第二横荡误差，位于驳船船尾的第二拖船和第三拖船根据第二横荡误差控制第二位置参考点恢复至中心线上。

作为优选，绞车控制系统控制第一绞车和第二绞车的具体过程如下：

当测量到第一横荡误差大于零即测量到第一位置参考点偏离中心线位于第二绞车一侧时，控制第一绞车减小转速、第二绞车增加转速，以使得向第一绞车一侧偏离中心线的第一位置参考点向中心线恢复；

当测量到第一横荡误差小于零即测量到第一位置参考点偏离中心线位于第一绞车一侧时，控制第一绞车增加转速、第二绞车减小转速，以使得向第二绞车一侧偏离中心线的第一位置参考点向中心线恢复。

作为优选，绞车控制系统控制第一绞车和第二绞车具体要求如下：

连接第一绞车的第一缆绳和连接第二绞车的第二缆绳在船头关于中心线对称交叉提供张力；

第一缆绳和第二缆绳提供的张力满足

F_min1≤F₁≤F_max1

F_min1≤F₂≤F_max1

其中，F₁为第一缆绳提供的张力，F₂为第二缆绳提供的张力；

F_min1表示第一缆绳和第二缆绳保持张紧状态所需要的最小张力；

F_max1表示第一缆绳和第二缆绳由于自身材料及导管架受力限制做能承受的最大张力。

作为优选，第一拖船对驳船的进船速度控制具体如下：

当需要加速进船时，连接在第一拖船和驳船船前端的第五缆绳上的张力满足以下公式：

F₃cosθ₃+F₄cosθ₄-F₁cosθ₁-F₂cosθ₂≤F₅；

当需要减速停船时，连接在第一拖船和驳船船前端的第五缆绳上的张力满足以下公式：

F₃cosθ₃+F₄cosθ₄-F₁cosθ₁-F₂cosθ₂≥F₅；

其中，F_i分别表示缆绳L_i上的张力，i＝1,2,…,5；

θ_i分别表示缆绳L_i上的张力与行船中心线方向的夹角，i＝1,2,…,5；

缆绳L_i，i＝1,2,…,5分别为与第一绞车连接的第一缆绳、与第二绞车连接的第二缆绳、与第二拖船连接的第三缆绳、与第三拖船连接的第四缆绳以及与第一拖船连接的第五缆绳。

作为优选，第二拖船和第三拖船进行控制的具体过程如下：

当测量到第二位置参考点偏移中心线位于第二拖船一侧即第二横荡误小于零时，第二拖船控制第三缆绳张力减小，第三拖船控制第四缆绳张力增大；

当测量到第二位置参考点偏移中心线位于第三拖船一侧即第二横荡误大于零时，第二拖船控制第三缆绳张力增大，第三拖船控制第四缆绳张力减小；

其中，第二缆绳和第四缆绳收到的张力满足如下要求：

F_min2≤F₃≤F_max2

F_min2≤F₄≤F_max2

其中，F₃为第三缆绳提供的张力，F₄为第四缆绳提供的张力

F_min2表示第三缆绳和第四缆绳保持张紧状态所需要的最小张力；

F_max2表示第三缆绳和第四缆绳由于自身材料限制做能承受的最大张力。

一种基于位置偏差的浮托安装进船控制系统，包括有

设置于驳船船头且关于驳船的中心轴线对称的第一绞车与第二绞车、设置于中心线两侧的导管架、连接于第一绞车及导管架之间提供张力的第一缆绳、连接于第二绞车及导管架之间提供张力的第二缆绳；

沿中心线方向设置于驳船前方进行进船速度控制的第一拖船，所述第一拖船和驳船之间连接有用于提供张力的第五缆绳；

还包括有对设置于驳船的船头的第一位置参考点及设置于船尾的第二位置参考点偏离中心线的第一横荡误差及第二横荡误差进行测量的位置测量系统；所述第一位置参考点与第二位置参考点分别位于驳船船头和船尾的中心轴线上；

根据位置测量系统测量的第一位置参考点偏离中心线的第一横荡误差控制绞车调整转速以控制第一位置参考点恢复至中心线的绞车控制系统；

关于驳船的中心轴线对称设置于驳船船尾且根据测量到的第二位置参考点偏离中心线的第二横荡误差进行调整以控制第二位置参考点恢复至中心线的第二拖车于第三拖车、连接于第二拖车和驳船之间提供张力的第三缆绳、连接于第三拖船和驳船之间的第四缆绳。

作为优选，所述第一缆绳和第二缆绳呈交叉设置，分别连接于两侧导管架。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

通过实时测量驳船的位置参考点和中心线的横荡误差，并控制绞车和拖船，能够使得驳船进船时稳定保持中心线方向进船，避免驳船和导管架的碰撞，使得驳船进船更加的安全。

附图说明

图1为浮托安装进船控制系统的结构示意框图。

图中：1、驳船；11、第一位置参考点；12、第二位置参考点；2、导管架；3、位置测量系统；4、绞车控制系统；51、第一绞车；52、第二绞车；53、导缆器；61、第一拖船；62、第二拖船；63、第三拖船；L1、第一缆绳；L2、第二缆绳；L3、第三缆绳；L4、第四缆绳；L5、第五缆绳；8、中心线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

根据一个或多个实施例，公开了一种基于位置偏差的浮托安装进船控制系统，如图1所示，包括有驳船，分别设置在两侧的导管架，还包括有设置在驳船船头前方的第一拖船，设置在驳船船尾的第二拖船及第三拖船，设置在驳船船头的第一绞车和第二绞车，对驳船进行测量的位置测量系统及对绞车进行控制的绞车控制系统。

中心线为两侧导管架的中心延伸方向，控制驳船沿中心线进行进船能避免驳船与导管架的碰撞，以保证安全进船。

驳船沿着中心轴线方向在船头和船尾分别设置有第一位置参考点和第二位置参考点，位置测量系统通过测量第一位置参考点、第二位置参考点偏离中心线的第一横荡误差及第二横荡误差进行反馈。

第一绞车和第二绞车分别设置在船头的两侧，且关于驳船的中心轴线对称设置，第一绞车通过设置的第一缆绳连接至导管架，第二绞车通过第二缆绳连接至导管架，第一缆绳和第二缆绳交叉设置，分别连接至相对一侧的导管架，设置成交叉方式，能够有效降低驳船的艏摇力矩。驳船上还对称设置有对第一缆绳及第二缆绳进行导向的两个导缆器。

位置测量系统对第一位置参考点偏离中心线的第一横荡误差进行测量，当检测到第一横荡误差大于0时，以图1中坐标系的X轴方向为基准，左侧为负右侧为正，则表示第一位置参考点位于第二绞车一侧偏离中心线，此时绞车控制系统控制第一绞车转速减小，第二绞车转速增加，以使得驳船调整，第一位置参考点恢复至中心线上；反之，当检测到第一横荡误差小于0时，则表示第一位置参考点位于第一绞车一侧偏离中心线，此时绞车控制系统控制第二绞车转速减小，第一绞车转速增加，以使得驳船调整，第一位置参考点恢复至中心线上。具体的，第一绞车和第二绞车的转速调整，作用在第一缆绳和第二缆绳上的张力需要满足如下条件：

F_min1≤F₁≤F_max1

F_min1≤F₂≤F_max1

F_min1表示第一缆绳和第二缆绳保持张紧状态所需要的最小张力；

F_max1表示第一缆绳和第二缆绳由于自身材料及导管架受力限制做能承受的最大张力。

位置测量系统对第二位置参考点偏离中心线的第二横荡误差进行测量，并且通过第二拖船和第三拖船进行控制调整。当测量到第二横荡误小于零，即第二位置参考点偏移中心线位于第二拖船一侧时，第二拖船控制第三缆绳张力减小，第三拖船控制第四缆绳张力增大；

当测量到第二横荡误大于零，即第二位置参考点偏移中心线位于第三拖船一侧时，第二拖船控制第三缆绳张力增大，第三拖船控制第四缆绳张力减小；

其中，第二缆绳和第四缆绳收到的张力满足如下要求：

F_min2≤F₃≤F_max2

F_min2≤F₄≤F_max2

其中，F₃为第三缆绳提供的张力，F₄为第四缆绳提供的张力

F_min2表示第三缆绳和第四缆绳保持张紧状态所需要的最小张力；

F_max2表示第三缆绳和第四缆绳由于自身材料限制做能承受的最大张力。

通过第二拖船和第三拖船的控制调节，使得驳船的船尾中心轴线能稳定恢复至中心线上。

第一拖船通过第五缆绳连接于驳船的船头，通过第五缆绳的张力控制进船，第一拖船作用在第五缆绳上的张力控制驳船的进船速度，当需要加速进船时，第五缆绳上需要满足的张力如下：

F₃cosθ₃+F₄cosθ₄-F₁cosθ₁-F₂cosθ₂≤F₅；

当需要减速停船时，连接在第一拖船和驳船船前端的第五缆绳上的张力满足以下公式：

θ₃cosθ₃+F₄cosθ₄-F₁cosθ₁-F₂cosθ₂≥F₅；

其中，F_i分别表示缆绳L_i上的张力，i＝1,2,…,5；

θ_i分别表示缆绳L_i上的张力与行船中心线方向的夹角，i＝1,2,…,5；如图1所示，行船中心线方向即为图示中的Y方向。

缆绳L_i，i＝1,2,…,5分别为与第一绞车连接的第一缆绳、与第二绞车连接的第二缆绳、与第二拖船连接的第三缆绳、与第三拖船连接的第四缆绳以及与第一拖船连接的第五缆绳。

根据一个或多个实施例，公开了一种基于位置偏差的浮托安装进船控制方法，包括有以下步骤：

位于驳船正前方的第一拖船牵引驳船以控制驳船的进船速度；

位置测量系统测量第一位置参考点偏离中心线的第一横荡误差，并反馈至绞车控制系统；

绞车控制系统对第一横荡误差进行判断，并控制位于驳船船头的第一绞车和第二绞车转速调节以控制第一位置参考点恢复至中心线上；

位置测量系统测量第二位置参考点偏离中心线的第二横荡误差，位于驳船船尾的第二拖船和第三拖船根据第二横荡误差控制第二位置参考点恢复至中心线上。

具体的，绞车控制系统对第一绞车和第二绞车的控制具体过程如下：

当测量到第一横荡误差大于零时，即测量到第一位置参考点向第二绞车一侧偏移中心线，控制第一绞车减小转速、第二绞车增加转速，以使得向第一绞车一侧偏离中心线的第一位置参考点向中心线恢复；

当测量到第一横荡误差小于零时，控制第一绞车增加转速、第二绞车减小转速，以使得向第二绞车一侧偏离中心线的第一位置参考点向中心线恢复。

连接第一绞车的第一缆绳和连接第二绞车的第二缆绳在船头关于中心线对称交叉提供张力；

第一缆绳和第二缆绳提供的张力满足

F_min1≤F₁≤F_max1

F_min1≤F₂≤F_max1

其中，F₁为第一缆绳提供的张力，F₂为第二缆绳提供的张力；

F_min1表示第一缆绳和第二缆绳保持张紧状态所需要的最小张力；

F_max1表示第一缆绳和第二缆绳由于自身材料及导管架受力限制做能承受的最大张力。

具体的，第二拖船和第三拖船进行控制的具体过程如下：

当测量到第二位置参考点偏移中心线位于第二拖船一侧时，第二拖船控制第三缆绳张力减小，第三拖船控制第四缆绳张力增大；

当测量到第二位置参考点偏移中心线位于第三拖船一侧时，第二拖船控制第三缆绳张力增大，第三拖船控制第四缆绳张力减小；

其中，第二缆绳和第四缆绳收到的张力满足如下要求：

F_min2≤F₃≤F_max2

F_min2≤F₄≤F_max2

其中，F₃为第三缆绳提供的张力，F₄为第四缆绳提供的张力

F_min2表示第三缆绳和第四缆绳保持张紧状态所需要的最小张力；

F_max2表示第三缆绳和第四缆绳由于自身材料限制做能承受的最大张力。

具体的，第一拖船对驳船的进船速度控制具体如下：

当需要加速进船时，连接在第一拖船和驳船船前端的第五缆绳上的张力满足以下公式：

F₃cosθ₃+F₄cosθ₄-F₁cosθ₁-F₂cosθ₂≤F₅；

当需要减速停船时，连接在第一拖船和驳船船前端的第五缆绳上的张力满足以下公式：

F₃cosθ₃+F₄cosθ₄-F₁cosθ₁-F₂cosθ₂≥F₅；

其中，F_i分别表示缆绳L_i上的张力，i＝1,2,…,5；

θ_i分别表示缆绳L_i上的张力与行船中心线方向的夹角，i＝1,2,…,5；

缆绳L_i，i＝1,2,…,5分别为与第一绞车连接的第一缆绳、与第二绞车连接的第二缆绳、与第二拖船连接的第三缆绳、与第三拖船连接的第四缆绳以及与第一拖船连接的第五缆绳。

通过实时测量驳船的第一位置参考点即第二位置参考点与中心线的横荡误差，能实时的调整控制绞车和拖船的运动，保证驳船安全的进船。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种基于位置偏差的浮托安装进船控制方法，其特征是：

采用基于位置偏差的浮托安装进船控制系统，该系统包括有：

设置于驳船船头且关于驳船的中心轴线对称的第一绞车与第二绞车、设置于中心线两侧的导管架、连接于第一绞车及导管架之间提供张力的第一缆绳、连接于第二绞车及导管架之间提供张力的第二缆绳；

沿中心线方向设置于驳船前方进行进船速度控制的第一拖船，所述第一拖船和驳船之间连接有用于提供张力的第五缆绳；

还包括有

对设置于驳船的船头的第一位置参考点及设置于船尾的第二位置参考点偏离中心线的第一横荡误差及第二横荡误差进行测量的位置测量系统；所述第一位置参考点与第二位置参考点分别位于驳船船头和船尾的中心轴线上；

根据位置测量系统测量的第一位置参考点偏离中心线的第一横荡误差控制绞车调整转速以控制第一位置参考点恢复至中心线的绞车控制系统；

关于驳船的中心轴线对称设置于驳船船尾且根据测量到的第二位置参考点偏离中心线的第二横荡误差进行调整以控制第二位置参考点恢复至中心线的第二拖船和第三拖船、连接于第二拖车和驳船之间提供张力的第三缆绳、连接于第三拖船和驳船之间的第四缆绳；

基于该系统，浮托安装进船控制方法包括有以下步骤：

位于驳船正前方的第一拖船牵引驳船以控制驳船的进船速度；

位置测量系统测量第一位置参考点偏离中心线的第一横荡误差，并反馈至绞车控制系统；

绞车控制系统对第一横荡误差进行判断，并控制位于驳船船头的第一绞车和第二绞车转速调节以控制第一位置参考点恢复至中心线上；

位置测量系统测量第二位置参考点偏离中心线的第二横荡误差，位于驳船船尾的第二拖船和第三拖船根据第二横荡误差控制第二位置参考点恢复至中心线上；

绞车控制系统控制第一绞车和第二绞车的具体过程如下：

当测量到第一横荡误差大于零即测量到第一位置参考点偏离中心线位于第二绞车一侧时，控制第一绞车减小转速、第二绞车增加转速，以使得向第一绞车一侧偏离中心线的第一位置参考点向中心线恢复；

当测量到第一横荡误差小于零即测量到第一位置参考点偏离中心线位于第一绞车一侧时，控制第一绞车增加转速、第二绞车减小转速，以使得向第二绞车一侧偏离中心线的第一位置参考点向中心线恢复。

2.根据权利要求1所述的基于位置偏差的浮托安装进船控制方法，其特征是，绞车控制系统控制第一绞车和第二绞车具体要求如下：

连接第一绞车的第一缆绳和连接第二绞车的第二缆绳在船头关于中心线对称交叉提供张力；

第一缆绳和第二缆绳提供的张力满足

F_min1≤F₁≤F_max1

F_min1≤F₂≤F_max1

其中，F₁为第一缆绳提供的张力，F₂为第二缆绳提供的张力；

F_min1表示第一缆绳和第二缆绳保持张紧状态所需要的最小张力；

F_max1表示第一缆绳和第二缆绳由于自身材料及导管架受力限制做能承受的最大张力。

3.根据权利要求2所述的基于位置偏差的浮托安装进船控制方法，其特征是，第一拖船对驳船的进船速度控制具体如下：

当需要加速进船时，连接在第一拖船和驳船船前端的第五缆绳上的张力满足以下公式：

F₃cosθ₃+F₄cosθ₄-F₁cosθ₁-F₂cosθ₂≤F₅；

当需要减速停船时，连接在第一拖船和驳船船前端的第五缆绳上的张力满足以下公式：

F₃cosθ₃+F₄cosθ₄-F₁cosθ₁-F₂cosθ₂≥F₅；

其中，F_i分别表示缆绳L_i上的张力，i＝1，2，…，5；

θ_i分别表示缆绳L_i上的张力与行船中心线方向的夹角，i＝1，2，…，5；

缆绳L_i，i＝1，2，…，5分别为与第一绞车连接的第一缆绳、与第二绞车连接的第二缆绳、与第二拖船连接的第三缆绳、与第三拖船连接的第四缆绳以及与第一拖船连接的第五缆绳。

4.根据权利要求3所述的基于位置偏差的浮托安装进船控制方法，其特征是，第二拖船和第三拖船进行控制的具体过程如下：

当测量到第二位置参考点偏移中心线位于第二拖船一侧即第二横荡误小于零时，第二拖船控制第三缆绳张力减小，第三拖船控制第四缆绳张力增大；

当测量到第二位置参考点偏移中心线位于第三拖船一侧即第二横荡误大于零时，第二拖船控制第三缆绳张力增大，第三拖船控制第四缆绳张力减小；

其中，第二缆绳和第四缆绳收到的张力满足如下要求：

F_min2≤F₃≤F_max2

F_min2≤F₄≤F_max2

其中，F₃为第三缆绳提供的张力，F₄为第四缆绳提供的张力

F_min2表示第三缆绳和第四缆绳保持张紧状态所需要的最小张力；

F_max2表示第三缆绳和第四缆绳由于自身材料限制做能承受的最大张力。

5.根据权利要求1所述的基于位置偏差的浮托安装进船控制方法，其特征是：所述第一缆绳和第二缆绳呈交叉设置，分别连接于两侧导管架。

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